Kaj je reakcijska toplota?

The toplote reakcije ali entalpija reakcije (ΔH) je sprememba entalpije kemijske reakcije, ki se pojavi pri konstantnem tlaku (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Ker je entalpija izpeljana iz tlaka, volumna in notranje energije, ki so vse funkcije države, je entalpija tudi funkcija stanja (Rachel Martin, 2014).

ΔH ali sprememba entalpije je nastala kot merska enota za izračun spremembe energije sistema, ko je postalo pretežko najti ΔU ali spremembo notranje energije sistema, hkrati pa meriti količino toplote in delo. izmenjali.

Zaradi konstantnega tlaka je sprememba entalpije enaka toploti in se lahko izmeri kot ΔH = q.

Oznaka ΔH º ali ΔH º_r nato se pojasni natančna temperatura in tlak toplote reakcije ΔH.

Standardno entalpijo reakcije simbolizirajo ΔHº ali ΔHºrxn in lahko prevzamejo pozitivne in negativne vrednosti. Enote za ΔH º so kilojoule na mol ali kj / mol.

Prejšnji koncept razumevanja toplote reakcije: razlike med ΔH in ΔHº_r.

Δ = predstavlja spremembo entalpije (entalpija produktov minus entalpija reaktantov).

Pozitivna vrednost pomeni, da imajo izdelki višjo entalpijo ali da je endotermna reakcija (potrebna toplota)..

Negativna vrednost pomeni, da imajo reaktanti višjo entalpijo ali da je to eksotermna reakcija (nastaja toplota)..

º = pomeni, da je reakcija standardna sprememba entalpije in se pojavi pri vnaprej nastavljenem tlaku / temperaturi.

r = pomeni, da je ta sprememba entalpija reakcije.

Standardna država: standardno stanje trdne snovi ali tekočine je čista snov pri tlaku 1 bar ali enaka 1 atmosfera (105 Pa) in temperatura 25 ° C, ali kaj je isto 298 K.

ΔH º_r je standardna toplota reakcije ali standardna entalpija reakcije in ker ΔH meri tudi entalpijo reakcije. Vendar pa ΔHºrxn poteka v "standardnih" pogojih, kar pomeni, da reakcija poteka pri 25ºC in 1 atm.

Prednost merjenja ΔH v standardnih pogojih je zmožnost, da se vrednost ΔH with poveže z drugo, ker se pojavijo pri enakih pogojih (Clark, 2013)..

Vadba toplote

Standardna toplota tvorbe, ΔH_fº kemikalije je količina toplote, ki se absorbira ali sprosti pri nastajanju 1 mol te kemikalije pri 25 stopinjah Celzija in 1 bar njenih elementov v standardnih stanjih;.

Element je v svojem standardnem stanju, če je v svoji najstabilnejši obliki in pri svojem fizikalnem stanju (trdna, tekoča ali plinasta) pri 25 stopinjah Celzija in 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017)..

Na primer, standardna toplotna tvorba ogljikovega dioksida pomeni kisik in ogljik kot reaktante.

Kisik je bolj stabilen kot plinske molekule OR₂, medtem ko je ogljik bolj stabilen kot trdni grafit. (Grafit je bolj stabilen kot diamant pri standardnih pogojih.)

Da bi definicijo izrazili na drug način, je standardna toplotna tvorba posebna vrsta standardne toplotne reakcije.

Reakcija je tvorba 1 mol kemikalije njenih elementov v njihovih standardnih stanjih pod standardnimi pogoji.

Standardna toplota tvorbe se imenuje tudi standardna entalpija formacije (čeprav je res sprememba entalpije)..

Oblikovanje samega elementa po definiciji ne bi povzročilo spremembe entalpije, zato je standardna toplota reakcije za vse elemente nič (Cai, 2014).

Izračun entalpije reakcije

1. Eksperimentalni izračun

Entalpijo lahko izmerimo eksperimentalno z uporabo kalorimetra. Kalorimeter je instrument, pri katerem se vzorec reagira preko električnih kablov, ki zagotavljajo energijo aktiviranja. Vzorec je v posodi, obdani z vodo, ki se nenehno stresa.

Pri merjenju s spremembo temperature, ki se pojavi pri reagiranju vzorca in poznavanju specifične toplote vode in njene mase, se toplota, ki sprosti ali absorbira reakcijo, izračuna z enačbo q = Cesp x m x ΔT.

V tej enačbi q je toplota, Cesp je specifična toplota v tem primeru vode, ki je enaka 1 kalorijam na gram, m masa vode in ΔT je sprememba temperature..

Kalorimeter je izoliran sistem, ki ima konstanten tlak, torej ΔH_r= q

2. Teoretični izračun

Sprememba entalpije ni odvisna od posamezne poti reakcije, temveč le na ravni celotne energije izdelkov in reagentov. Entalpija je funkcija države in kot taka je aditivna.

Za izračun standardne entalpije reakcije lahko dodamo standardne entalpije tvorbe reaktantov in jih odštejemo od vsote standardnih entalpij tvorbe produktov (Boundless, S.F.). Matematično rečeno, to nam daje:

ΔH_r° = ΣH_fº (izdelki) - Σ ΔH_fº (reaktanti).

Entalpije reakcij se običajno izračunajo iz entalpije tvorbe reagenta v normalnih pogojih (tlak 1 bar in temperatura 25 stopinj Celzija)..

Da bi pojasnili to načelo termodinamike, bomo izračunali entalpijo reakcije za zgorevanje metana (CH)₄) po formuli:

CH₄ (g) + 20₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Za izračun standardne entalpije reakcije moramo poiskati standardne entalpije tvorbe za vsakega od reaktantov in proizvodov, ki so vključeni v reakcijo..

Ponavadi jih najdete v dodatku ali v več spletnih tabelah. Za to reakcijo potrebujemo podatke:

H_fCH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_fCO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_f° H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Upoštevajte, da je standardna entalpija tvorbe za kisikov plin v standardnem stanju 0 kJ / mol.

Nato povzemamo naše standardne entalpije usposabljanja. Upoštevajte, da moramo, ker so enote v kJ / mol, pomnožiti s stehiometričnimi koeficienti v uravnoteženi reakcijski enačbi (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_fº (izdelki) = ΔH_fCO₂ +2 ΔH_f° H₂O

Σ ΔH_fº (izdelki) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_fº (reaktanti) = ΔH_fCH₄ + ΔH_fº O₂

Σ ΔH_fº (reaktanti) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Sedaj lahko najdemo standardno entalpijo reakcije:

ΔH_r° = ΣH_fº (izdelki) - Σ ΔH_fº (reaktanti) = (- 962) - (- 75) =

ΔH_r° = - 887kJ / mol.

Reference

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. junij). Entalpija definicije reakcij. Vzpostavljeno iz thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Standardna entalpija reakcije. Izterjani iz brezmejnega: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11. marec). standardna toplota tvorbe. Izterjal iz kemijsko-statističnega: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maj). Različne definicije sprememb entalpije. Vzpostavljeno iz chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9. februar). Standardna entalpija formacije. Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Kako izračunati entalpije reakcije. Izterjal iz znanstvenega: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7. maj). Toplota reakcije. Vzpostavljeno iz chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.